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汽车仪表盘油墨脱落失效分析

2017-03-23  浏览量:60

摘要:某品牌汽车仪表盘,在灯光背景下进行观察发现油墨层脱落,导致表盘透光不良。通过外观检查、百格试验、FTIR分析、表面SEM+EDS分析等手段对样品进行分析,确定涂层脱落失效原因为:1)各涂层材质的不匹配导致涂层表面发生鳄裂失效;2)黑色油墨层与透明黑油墨层中间裂纹的存在降低了界面的结合强度,其原因为黑色油墨层颜料的不均一分散所致。

 

关键词:油墨脱落;仪表盘;结合强度;鳄裂失效

 

1 案例背景

失效样品汽车仪表盘,其在灯光背景下进行观察发现油墨层脱落,导致表盘透光不良。其一批次约100%不良,该批次生产时间为保密,其他批次未见此类约100%不良现象;该表盘样品工艺为丝网印刷油墨,其基体表面为四层印刷油墨,其工艺参数信息保密。

 

2 分析方法简述

2.1 外观检查

NG样品表面字符周围油墨出现非连续性脱落,其脱落的油墨粘附在表面的胶面,表盘面脱落的油墨能与胶面完全匹配;OK样品表面未发现油墨脱落现场。NG(油墨未脱落位置)及OK样品表面均平整光亮,表面形貌呈网格状,其为网纱印痕迹。

 

失效分析 失效分析
图1 NG样品显微放大图片

 

2.2 百格试验

对NG及OK样品同一字符周围进行百格试验,NG样品百格测试前后表面不一存在明显的油墨脱落,其各个位置脱落严重程度不一且不连续;OK样品百格试验前后表面基本一致未发现明显油墨脱落痕迹。

 

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图2 NG样品百格试验显微图片

 

2.3 FTIR分析

NG样品脱落位置位于油墨-黑色与油墨-透明黑-0.7之间,且其脱落位置未发现其他外来污染成分;其NG/OK PC基材与其PC基材原料主成分一致,故失效与其基体成分存在差异无关;NG-未脱落位置与OK品表面主成分一致,未发现其他外来异物成分。

 

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图3 NG-脱落处-表盘面、NG-脱落处-胶面及NG样品表面-正常处FTIR测试图谱

 

2.4 表面SEM+EDS分析

NG样品表面出现大面积非连续性脱落,未脱落位置表面均存在异常裂纹且大部分裂纹为垂直于表盘样品的长度方向,其油墨脱落后的表面未见明显裂纹,其未脱落位置表面及NG-脱落处-胶面油墨表面均发现存在孔洞,结合油墨性质及工艺可知,该类大小的孔洞为正常情况;OK样品表面未发现油墨脱落及开裂等异常情况,其表面与NG样品未脱落表面均有明显的网格状,其为网纱印痕迹;NG样品未脱落表面及OK样品表面元素均为C、O、Si、S,说明其表面元素一致无外来成分影响;NG-脱落处-表盘面检测到元素为C、O、Si、S、Cl、Fe,而NG-脱落处-胶面检测到元素为C、O、Si、S、Mn、Fe,其两面元素成分不一致说明其脱落并非在单层中脱落而是在两层油墨的结合处脱落,从其脱落两面的表面形貌观察可知,其脱落面表面较为平整,说明其脱落两面不存在明显的外来异物。

 

失效分析 失效分析
图4 NG样品表面SEM图片

 

2.5 DSC+TGA分析

NG样品Tg点为146.98℃,OK样品Tg点为146.51℃,从其对比曲线可知,其曲线变化基本一致,说明其成型工艺的热历史无明显差异。

 

NG样品整体第一阶段降解变化数量为9.185%,第二阶段降解变化数量为68.58%,第三阶段降解变化数量为20.45%,其残余量为1.785%;OK样品整体第一阶段降解变化数量为9.363%,第二阶段降解变化数量为67.20%,第三阶段降解变化数量为21.37%,其残余量为2.067%;由以上数据可知,NG及OK样品组分含量及热稳定性基本一致,未发现明显差异。

 

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图5 NG样品整体与OK样品整体DSC对比曲线

 

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图6 NG样品整体与OK样品整体TGA对比曲线

 

2.6 切片分析及剖面SEM+EDS分析

NG样品剖面可明显观察到油墨脱落,且其表面UV油墨层发现开裂,OK样品未发现油墨脱落及开裂等情况。对切片后样品剖面进行SEM+EDS测试, NG样品在油墨-黑色与油墨-透明黑之间存在明显裂纹及孔洞,且在开裂位置附近发现均存在白色颗粒物较聚集的状态,其他未开裂位置也存在白色颗粒物聚集情况,通过EDS测试可知,白色颗粒物应为油墨中的颜料,由以上现象可知油墨-黑色层中颜料在基体中分散不均匀;而综合NG及OK样品各层油墨元素成分基本一致,除了油墨-透明黑层NG样品多出元素Cl、Fe、Mn元素;通过OK样品剖面的SEM图片可知,其未发现明显裂纹的存在,其油墨-黑色层未发现明显颜料聚集状态;NG及OK样品UV油墨层及黑色层均存在厚度不均匀问题。

 

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图7 NG样品剖面显微图片
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图8 NG样品剖面SEM放大图片

 

3 结果与讨论

多层油墨脱落失效的原因归纳为:

1)各涂层材质的不匹配导致其涂层表面发生鳄裂失效;

2)黑色油墨层与透明黑油墨层中间裂纹的存在降低了界面的结合强度,其原因为黑色油墨层颜料的不均一分散导致。

 

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